40억 년의 진화가 만들어 낸 생명의 놀라운 시나리오!

생명은 어떻게 시작되었으며, 단순한 생명체는 어떻게 복잡한 생명체로 진화해 왔을까? 하나의 세포에서 시작한 생명은 어떻게 여러 세포로 이루어진 개체가 되었으며, 개체들은 어떻게 서로 협력해 사회를 이루게 되었을까? 그리고 인간은 어떻게 언어를 갖게 되었을까?

세계적인 진화생물학자
존 메이너드 스미스와 외르시 사트마리가 들려주는 생명의 대전환

세계적인 진화생물학자 존 메이너드 스미스와 외르시 사트마리는 생명의 역사에서 일어난 거대한 변화들을 따라가며 이러한 질문에 답한다. 생명의 기원에서 출발해 유전자의 출현, 세포의 탄생, 다세포 생명체의 등장, 동물 사회의 형성, 그리고 인간 언어의 진화에 이르기까지 생명이 복잡성을 획득해 온 과정을 살펴본다.

저자들이 주목하는 것은 각각의 진화적 변화가 단순히 하나의 새로운 형질이 등장하는 데 그치지 않는다는 점이다. 서로 독립적으로 존재하던 요소들이 새로운 방식으로 결합하고 협력하면서 이전에는 존재하지 않았던 더 높은 수준의 복잡성이 나타난다. 유전자는 정보를 저장하고 전달하지만, 그 정보만으로 생명의 모든 것을 설명할 수는 없다. 개체와 세포, 유전자와 환경 사이의 상호작용과 협력 역시 진화의 중요한 동력이 된다.

생명은 어떻게 복잡성을 획득해 왔는가?

저자들은 생명의 역사에서 반복적으로 나타나는 이러한 ‘주요 전환’을 통해 진화를 바라보는 새로운 관점을 제시한다. 자기복제 분자에서 세포로, 세포에서 다세포 생명체로, 개체에서 사회로 이어지는 변화 속에서 생명이 어떻게 새로운 조직 수준을 만들어 내고 복잡성을 높여 왔는지를 흥미롭게 풀어낸다.

생명의 역사를 거슬러 올라가면, 오늘날 우리가 당연하게 여기는 세포와 개체, 사회와 언어 역시 처음부터 존재했던 것이 아니었다. 40억 년에 걸친 생명의 긴 여정 속에서 수많은 협력과 경쟁, 변화와 혁신을 거쳐 탄생한 결과였다. 이 책은 생명이 걸어온 거대한 역사를 따라가며 ‘복잡한 생명은 어떻게 만들어지는가?’라는 근본적인 질문에 답한다.

책 속에서

복잡한 생물의 발생도 원칙적으로는 복제 가능한, 이미 존재하는 유전 정보로 이루어진다. 진화는 유전 정보가 무작위적으로 변하고, 자연이 그 변화를 선택함으로써 일어난다. 따라서 진화가 일어나기 위해서는 유전 정보의 변화를 해석하지 않으면 안 된다. 콤팩트디스크의 음악은 CD 플레이어가 있어야 들을 수 있고, 비디오테이프의 영상은 TV가 있어야 볼 수 있는 것과 같다. 많은 현대 생물학자들이 유전 정보가 형질로 발현되는 기작을 연구하고 있다. _ 〈01 생명에 깃들어 있는 정보〉 중에서

공조(협동)는 대가를 치르면서도 진화해 왔다. 두 개체가 공조하려면 각자가 따로 행동하는 것보다 서로 협력하는 편이 더 유리해야 한다. 곤충이 사회를 이루는 이유는 같은 집단의 암컷들이 공조하여 먹이를 모으고, 애벌레를 해치는 침입자를 방어하기 위해서다. 암수 한 쌍의 새에서 한 마리는 알을 품고 다른 한 마리는 먹이를 구하는 행동도 같은 원리로 설명할 수 있다. 즉, 효율적인 노동 분업의 결과라고 볼 수 있다. _ 〈02 진화의 주요 전환들〉 중에서

그들은 원시 지구의 대기에는 산소가 거의 없었으며, 번개나 자외선의 에너지를 받아 다양한 유기물이 합성될 수 있었다고 주장했다. 산소가 없었다는 점이 중요한 이유는, 산소가 존재했다면 생성된 유기물이 모두 이산화탄소(CO₂)와 물(H₂O)로 산화되어 버렸을 것이기 때문이다. 홀데인은 당시에는 이러한 유기물을 먹이로 하는 생명체가 아직 존재하지 않았기 때문에, 태초의 바다는 유기물이 희석되어 녹아 있는 뜨끈뜨끈한 유기물 수프(primordial soup)와 같은 상태였을 것이라고 제안했다. _ 〈03 단순한 분자에서 유전자로〉 중에서

원시 세포의 에너지 획득 방법은 무엇이었을까? 분명, 광합성은 그럴듯한 답이 아니다. 왜냐하면 광합성 과정에는 복잡하고 진화된 형태의 여러 종류의 단백질이 필요하기 때문이다. 최초의 생물체는 독립영양생물이었을 것이다. 최초의 생물체는 에너지를 얻기 위해 다른 생물체에 의존하지 않았다. 그러나 밀러의 실험에서 합성된 유기 화합물과 같이 원시의 대양에는 무생물적으로 합성된 유기 화합물이 풍부했을 것이다. 이 유기 화합물의 에너지원은 태양 광선이다. _ 〈05 유전 물질에서 단순한 원시 세포로〉 중에서

염색체는 왜 환상에서 막대 모양으로 구조를 바꾸었을까? 한 가지 가능한 설명은 다음과 같다. 만약 두 개의 환상 염색체 사이에서 재조합이 일어난다면, 이로 인해 세포 분열 과정에서 염색체의 분리가 방해될 수 있다. 그렇다면 재조합은 왜 일어나는 것일까? 우리는 일반적으로 재조합이 유성 생식에서 새로운 유전자형을 형성하고 유전적 다양성을 높이는 데 중요한 역할을 한다고 생각한다. 그러나 유사 분열에서 일어나는 재조합의 의미는 다른 곳에 있다. _ 〈06 진핵세포의 기원〉 중에서

여기서 ‘유전자 풀’(gene pool)이라는 개념이 도입되는데, 이는 한 집단 내의 각 개체가 가지고 있는 유전자들의 총집합을 말한다. 이 유전자들의 집합은 과거에 모두 한 개체 안에 존재했을 수도 있고, 미래의 어느 한 개체가 모두 가지고 있을 수도 있다. 따라서 종(species)이란 잠재적으로 서로 교배가 가능한, 즉 유전자를 서로 교환할 수 있는 개체들의 집단을 의미하며, 유전자 풀을 공유하는 진화의 단위가 된다. _ 〈07 성의 기원〉 중에서

여러 단계에서 유전자들의 전쟁이 나타나며 유전체 내에 이기적인 유전 인자가 많이 존재한다는 증거가 쏟아져 나옴에 따라, 생존하는 동안 겪게 되는 이러한 여러 위협에 대처하면서 복잡한 생명체가 어떻게 살아남았는지 의문이다. 이미 설명했듯이, 한 가지 이유는 대부분의 유전체 내 유전자는 이기적인 인자가 지니고 있는 악영향을 억제하기 위해 유전체 전체의 공동의 노력을 기울이기 때문이다. _ 〈08 유전자들의 전쟁〉

진화의 주사위가 어떻게 굴러갈지는 자연만이 예측할 수 있는 것일까? 비교적 최근까지는 숙주생물과 오랜 기간 공생 관계를 유지해 온 기생생물은 비교적 해가 없을 것으로 생각했다. 이러한 관점은 1965년에 출간된 르네 뒤보(Rene Dubos)의 책 『인간 적응』(Man Adapting)에 잘 나타나 있다. “충분한 시간이 주어지면 결국 어떤 숙주생물과 기생생물 사이에서도 평화로운 공존 상태가 이루어진다”라는 것이다. _ 〈09 함께 살기〉 중에서

‘체류의 대가’(staying incentive)라는 개념을 생각해 보자. 지배 계급인 여왕은 하위 계급이 군체를 떠나지 않고 남아서 자신을 돕도록 만들 수 있다면 이익을 얻는다. 이를 위해 여왕은 하위 계급에게 어느 정도 직접 생식을 허용할 수 있다. 그렇지 않으면 일벌들은 여왕 곁을 떠날 것이기 때문이다. 그렇다면 여왕은 일벌(하위 계급)에게 어느 정도의 생식을 허용해야 하는가? _ 〈11 동물 사회의 진화〉 중에서

실제로 두뇌 용량과 사회 집단의 규모 사이에는 뚜렷한 상관관계가 있다. 중요한 것은 이들이 어느 정도 이른바 ‘정신 이론’(theory of mind)을 갖추고 있는가 하는 점이다. 정신 이론을 갖는다는 것은 상대방 역시 자신과 마찬가지로 욕망과 사고력을 지닌 정신을 가지고 있음을 이해할 수 있어야 한다는 뜻이다. (……) 침팬지의 사회 행동, 도구 사용, 속임수 등을 연구하는 학자들 대부분은 침팬지가 ‘정신 이론’을 갖추고 있다고 확신한다. 진화 과정에서 원숭이, 유인원, 인류의 두뇌 용량이 증가한 데에는 사회적 지능이 중요한 역할을 했다고 결론지을 수 있다. 정신 이론은 이미 약 500만 년 전 침팬지와 인간의 공통 조상에게 존재했던 것으로 보인다. _ 〈12 동물 사회에서 인간 사회로〉 중에서

노암 촘스키와 그의 동료들은 ‘자극의 결핍’(poverty of stimulus)에 대한 학설을 강력하게 주장하고 있다. (……) 최근의 조사에 따르면 어린이들은 2살에서 4살 사이에 문법의 복잡성을 본능적으로 이해하는 정도가 전통적인 학습 기작을 통해 얻는 것보다 훨씬 뛰어나다는 사실이 분명하게 나타난다. 그러므로 뇌 속에 언어 습득 장치(language acquisition device, LAD)가 존재하고, 이것이 언어 입력에 의해 촉발되어 궁극적으로 완전한 언어를 구사할 수 있게 만드는 것 같다. 즉, 선천적이라고 생각되는 것은 완전히 발달한 언어 처리 프로그램이 아니라 언어 습득 장치다. _ 〈13 언어의 기원〉 중에서